第1章網(wǎng)格計算概述

1、第1章 網(wǎng)格計算概述華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院課程簡介u新興學(xué)科u參考資料u上課形式u考試形式網(wǎng)格計算的實例網(wǎng)格計算的實例u中國南非旅行的航班時刻表 中國印度 1：2010：00 印度索馬里 13：4023：00 索馬里坦桑尼亞 2：3010：40 坦桑尼亞南非 13：3020：50u買了前面的機票而買不到后面的機票怎么辦？u隨著社會的發(fā)展，人們的應(yīng)用需求不斷提高，同時原有問題的求解領(lǐng)域的不斷擴展和復(fù)雜化，并層出不窮的涌現(xiàn)出新問題需求。u舉例(1)復(fù)雜數(shù)學(xué)問題，如GIMPS (尋找最大的梅森素數(shù))。(2)尋找最安全的密碼系統(tǒng)，如RC-72 (密碼破解)。(3)生物病理研究，如Foldingho

2、me (蛋白質(zhì)折疊、誤解、聚合及由此引起的相關(guān)疾病)。(4)信號處理，如SETIHome (搜尋外星智能)。網(wǎng)格思想的來源u實際的例子可以看出，這些項目都很龐大，需要驚人的計算量。u現(xiàn)有的計算機和設(shè)備無論從自身的性能還是從局部的合作上都無法滿足人們?nèi)找嬖黾拥囊?。u然而由于網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得世界各地的計算機可以聯(lián)網(wǎng)協(xié)同工作，利用空閑的以前無法使用和共享的設(shè)備等空閑資源。網(wǎng)格思想的來源u網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)的概念提出的。u提出網(wǎng)格的目的就是能夠使得人們在使用網(wǎng)格資源的時候，能夠像使用電力資源一樣，自由使用，而不用關(guān)心我現(xiàn)在使用的電力資源是水力發(fā)電的還是核電呢，是從哪個發(fā)電廠來得之類的事情。u

3、網(wǎng)格也希望給最終用戶提供的是與地理位置無關(guān)，與具體的計算設(shè)施無關(guān)的通用的計算能力。(比如密碼破解問題)網(wǎng)格思想的來源網(wǎng)格思想的來源電力網(wǎng)與網(wǎng)格對比u網(wǎng)格（Grid）是構(gòu)筑在Internet上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通老百姓提供更多的資源。uInternet提供E-mail、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能，而網(wǎng)格功能更多更強，能讓人們透明使用計算、存儲、信息處理等其他資源。 （Ian Foster :美國阿崗國家 實驗室資深科學(xué)家、美國 計算網(wǎng)格項目負責(zé)人）網(wǎng)格的概念網(wǎng)格的概念-Sensor netsData archivesCom

4、putersSoftwarecatalogsColleaguesSensor netsData archivesComputersSoftwarecatalogsColleagueshttp:/http:/Web網(wǎng)格u高性能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的融合。u繼Internet、Web之后的第三次互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)浪潮。u網(wǎng)格計算的目標(biāo)是資源共享和分布協(xié)同工作，而網(wǎng)格是實現(xiàn)上述目標(biāo)的新技術(shù)。u網(wǎng)格將Internet從信息交互平臺上升到資源共享和協(xié)同處理平臺。u網(wǎng)格是基礎(chǔ)設(shè)施，是包括各種網(wǎng)絡(luò)計算機、數(shù)據(jù)、設(shè)備和服務(wù)等資源的基礎(chǔ)設(shè)施。u使用網(wǎng)格，無需用戶端配置大量全套的計算機系統(tǒng)和復(fù)雜的軟件，可以輕松得到各種服務(wù)。網(wǎng)格

5、的概念1.數(shù)據(jù)處理能力超強。u參與某項工作的不只是一臺計算機，而是一個超級計算機網(wǎng)絡(luò)。u多臺機器協(xié)同工作的這種“螞蟻搬山”的方式將具有很強的數(shù)據(jù)處理能力。 2.充分利用網(wǎng)上的閑置資源。 u世界上的大多數(shù)計算機并非同時工作，而是大部分時間都閑置。u充分利用這些閑置的計算機將大大提高效率。網(wǎng)格的優(yōu)勢實例：SETIHOME項目。uSearch for Extraterrestrial Intelligence（搜尋外星智能），由美國加州大學(xué)伯克利分校的空間科學(xué)實驗室主辦。 u1999年初開始將分布于世界各地的200萬臺個人電腦組成計算機陣列，用于搜索射電天文望遠鏡信號中的外星文明跡象。u不到2年的時

6、間里，這種計算方法已經(jīng)完成了單臺計算機345000年的計算量。u實例證明這種“螞蟻搬山”式的計算能力強大。網(wǎng)格計算的成功實例標(biāo)準1. 在非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源。u整合各種資源，協(xié)調(diào)各種使用者。u這些資源和使用者處于不同的控制域中。u這種不同的控制域?qū)儆诜羌械沫h(huán)境。網(wǎng)格的判斷標(biāo)準標(biāo)準2. 使用標(biāo)準的、開放的、通用的協(xié)議和接口。u網(wǎng)格應(yīng)用要建立在多功能的協(xié)議和界面上。u這些協(xié)議和界面要解決認證、授權(quán)、資源發(fā)現(xiàn)和資源存取等基本問題。u多功能協(xié)議和界面是標(biāo)準的，開放的和通用的。網(wǎng)格的判斷標(biāo)準標(biāo)準3. 提供非凡的服務(wù)質(zhì)量。u網(wǎng)格允許資源被廣泛協(xié)調(diào)使用。u網(wǎng)格提供單個主機所不能提供的多種服務(wù)質(zhì)量

7、。u網(wǎng)格滿足各種使用者的需求，如系統(tǒng)響應(yīng)時間、工作效率、流通量、有效性、安全性等等。u網(wǎng)格這個聯(lián)合系統(tǒng)比單一的計算機系統(tǒng)的功效大很多。網(wǎng)格的判斷標(biāo)準1.分布性。u網(wǎng)格的資源包括計算資源（CPU等）、存儲資源（硬盤等） 、數(shù)據(jù)資源（文件）等。u這些資源分布在位置不同的地方。u網(wǎng)格的關(guān)鍵技術(shù)也不是集中在一起的。u需要解決資源分配、調(diào)度方式、協(xié)同處理等問題。網(wǎng)格的特征2.異構(gòu)性。u組成網(wǎng)格的資源是異構(gòu)的。u例如不同類型的計算機，不同類型的計算方式，不同類型的計算接口，不同的系統(tǒng)架構(gòu)。u要解決不同類型資源的聯(lián)通和系統(tǒng)工作問題。網(wǎng)格的特征3.自治性。u網(wǎng)格上的資源首先屬于某本地的個人或組織。u網(wǎng)格資源的

8、擁有者具有最高級別的管理權(quán)限。u網(wǎng)格允許資源擁有者對其資源具有自主管理的權(quán)限。u網(wǎng)格資源根據(jù)一定的約束和規(guī)則接受網(wǎng)格的統(tǒng)一管理。u網(wǎng)格管理具有管理的多重性。（例：華南理工大學(xué)的各級管理）網(wǎng)格的特征4.動態(tài)性。u網(wǎng)格中的資源具有自治性，故網(wǎng)格中的資源可能動態(tài)地增加或減少。u網(wǎng)格中的資源還可能出現(xiàn)故障而導(dǎo)致不可用。u網(wǎng)格中的資源性能也可能發(fā)生變化。u因此對動態(tài)性，需要有一種機制保證網(wǎng)格運行不會遭受較大的影響。網(wǎng)格的特征5.自相似性。u網(wǎng)格的局部和整體之間存在一定相似性。u局部在許多地方具有全局的某些特征。u全局的特征在局部也有一定的體現(xiàn)。網(wǎng)格的特征1.分布式超級計算。u以往的高性能計算是集中式的。

9、u主要靠一個地方的計算機完成。u無法短期內(nèi)在一臺超級計算機上完成較大的復(fù)雜任務(wù)。u網(wǎng)格計算將各地的分布式超級計算機集中起來。u系統(tǒng)解決復(fù)雜的大規(guī)模問題。網(wǎng)格的應(yīng)用網(wǎng)格的應(yīng)用2.高吞吐率計算。u世界上的計算機大量閑置，利用率很低。u網(wǎng)格計算將大量閑置的計算機資源集中起來，提供長期的計算能力。u由于使用的計算機資源數(shù)量很大，即使部分資源發(fā)生故障，也影響不大。網(wǎng)格的應(yīng)用3.數(shù)據(jù)密集型計算。u針對海量數(shù)據(jù)。u需要龐大計算能力。u例如高能物理試驗，氣象預(yù)報等。u網(wǎng)格充分利用自身資源進行數(shù)據(jù)處理。網(wǎng)格的應(yīng)用4.社會生活領(lǐng)域。u更廣泛的信息共享。u更廣泛的人與人交互。u更廣泛的資源貿(mào)易。1.美國的研究進展。

10、u網(wǎng)格技術(shù)研究發(fā)源于美國。u目前處于世界最前列水平。u有影響的網(wǎng)格項目：Globus, Condor, Legion。uGlobus工具軟件在全世界得到廣泛使用。網(wǎng)格的國內(nèi)外研究進展2.歐洲的研究進展。u歐洲是網(wǎng)格研究的活躍地區(qū)，已經(jīng)啟動了多個網(wǎng)格研究項目，其中歐洲網(wǎng)格和數(shù)據(jù)網(wǎng)格是有多個國家參加的研究項目。u歐洲網(wǎng)格的基本目標(biāo)是建立一個給用戶提供安全、簡單、透明訪問歐洲范圍內(nèi)信息資源的平臺。參加研究的機構(gòu)有德國、英國、法國、瑞士、波蘭和挪威的主要大學(xué)和計算中心。u歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)格是歐洲聯(lián)盟支持的項目，其目標(biāo)是建設(shè)提供計算強度大、共享超過1014B數(shù)據(jù)的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫的下一代計算基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)格的國內(nèi)外研究進展3.中國的研究進展。u目前在我國已經(jīng)初具規(guī)模的有“五大網(wǎng)格”，分別是：中國國家網(wǎng)格，863空間信息網(wǎng)格，國家自然科學(xué)基金委網(wǎng)格，中國教育科研網(wǎng)格，上海信息網(wǎng)格。u中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所1996年率先開展網(wǎng)格技術(shù)研究與開發(fā)。u中國國家網(wǎng)格的試驗床環(huán)境已經(jīng)建設(shè)成8個結(jié)點和2個主結(jié)點，分布與北京、上海、合肥等地。網(wǎng)格的國內(nèi)外研究進展網(wǎng)格的國內(nèi)外研究進展中國國家網(wǎng)格的結(jié)點分布u全球網(wǎng)格論壇（GGF）。u萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）。u國際互聯(lián)網(wǎng)工作任務(wù)組（IETF）